曲軸是柴油發(fā)動機上重要的零部件，曲軸的成本大約占整機成本的十分之一，因此也是柴油機中最貴的零件。它的作用是把活塞、連桿傳來的氣體力轉變?yōu)檗D矩，將活塞是直線運動轉化為旋轉運動，用以驅(qū)動柴油機的傳動系統(tǒng)和配氣機構以及其他輔助裝置。曲軸最常見的損壞原因是彎曲疲勞，所以保證曲軸有足夠的彎曲疲勞強度是曲軸設計的首要問題。曲軸各軸頸的尺寸還應滿足軸承承壓能力和潤滑條件的要求。

一、曲軸結構組成

　　曲軸主要由主軸頸、連桿軸頸(曲柄銷)、曲柄臂、平衡重(并非所有曲軸都有)、前端(自由端)和后端(功率輸出端)等組成。曲軸幾何圖如下圖所示，

　　結構如下圖所示。

　1、主軸頸與連桿軸頸

　　柴油發(fā)電機的主軸頸與連桿軸頸都是尺寸精度較高和粗糙度較低的圓柱體，它們以較大的圓弧半徑與曲柄臂相連接。主軸頸是用來支承曲軸的，曲軸繞主軸頸中心高速旋轉。主軸頸多為實心的，而球墨鑄鐵的曲軸主軸頸與連桿軸頸大多是空心的，其優(yōu)點是可以減少旋轉質(zhì)量，從而減少其離心力;同時可作為潤滑油離心濾清的空腔。主軸頸與連桿軸頸采用壓力潤滑，潤滑油通過曲柄臂中的斜油道被壓送至連桿軸頸空腔內(nèi)，在旋轉離心力的作用下，將機油中密度大的金屬磨屑及其他雜質(zhì)甩向空腔的外壁，內(nèi)側干凈的機油通過油管流到連桿軸頸及軸承摩擦表面。

　2、曲柄臂

　　曲柄臂簡稱“曲柄”，它的作用是連接主軸頸與連桿軸頸，通常制成橢圓形或圓形，其厚度與寬度應使曲軸有足夠的剛度和強度。

　3、平衡重

　　平衡重通常設在與連桿軸頸相對的一側曲柄臂上，其形狀多為扇形。平衡重的作用是平衡連桿軸頸及曲柄臂的重量、離心力及其力矩，以減輕主軸承的載荷，增加運轉的平穩(wěn)性。

　4、曲軸的前端

　　曲軸的前端制成有臺肩的圓柱形。其上分別裝有正時齒輪、擋油圈、油封、帶輪和止推片等零件。有些中小功率柴油發(fā)電機曲軸前端設有啟動爪，另有一些高速柴油發(fā)電機曲軸前端裝有扭轉減振器，還有些工程機械用柴油發(fā)電機的曲軸前端設有動力輸出裝置。

　5、曲軸的后端

　　一般曲軸的后端設有油封、回油螺槽、后凸緣等結構。曲軸后端的尾部伸出機體外，以便將柴油發(fā)電機的功率輸送給配套機具的傳動裝置。后端多裝有飛輪，通過花鍵或凸緣與其相配，然后用螺栓固緊。山于飛輪尺寸大而重，因此對螺栓的緊固有一定的要求。

二、曲軸的工藝要求

　　曲軸的受力是復雜的，它在周期性變化的氣體力、慣性力及其力矩的共同作用下工作，承受彎曲和扭轉交變載荷。因此，要求曲軸有足夠的抗彎曲、抗扭轉的疲勞強度和剛度;軸頸應有足夠大的承壓表面和耐磨性。

　1、設計要求

　　曲軸基本上由若干個單元曲拐構成。一個曲柄銷，左右兩個曲柄臂和左右兩個主軸頸構成一個單元曲拐。各曲拐的相對位置或曲拐布置取決于氣缸數(shù)、氣缸排列形式和發(fā)動機工作順序。

　　(1)有足夠的疲勞強度;

　　(2)有足夠的承壓面積，軸頸表面要耐磨;

　　(3)盡量減少應力集中;

　　(4)剛度好，變形小。

　2、材料要求

　　(1)中碳鋼：如45#，絕大多數(shù)采用模段制造;鍛造后進行正火或調(diào)質(zhì)處理，然后在各軸頸表面實施感應加熱表面淬火。鋼曲軸也可以進行滲氮處理，以提高疲勞強度。

　　(2)合金鋼：在強化程度較高的發(fā)動機中采用。

　　(3)球墨鑄鐵：在強度和剛度要求一定是，使用球墨鑄鐵材料能減少制造成本，且其阻尼特性能減小扭轉振動的幅值。

　　在曲軸設計中，曲軸的結構、材料、工藝三因素各自有獨立規(guī)律，且相互影響。其主要參數(shù)和精度如下圖所示。

三、曲軸檢測

　1、軸頸的圓度和圓柱度測量

　　發(fā)動機工作時，由于曲軸主軸頸及連桿軸頸各個部位所受的載荷、潤滑情況不同，磨損是不均勻的。磨損后，在徑向會成為橢圓形，在軸向會成為錐形。因此，測量曲軸的主軸預及連桿軸頸的直徑。如下圖所示，用千分尺在各道軸頸的I、II兩個位置和A、B兩個方向測量其直徑，在A,B兩個方向上所側得的最大與最小直徑差的一半即為軸頸的圓度誤差，而在I、II位置上所側得的最大與最小直徑差的一半則為軸頸的圓柱度誤差。當曲軸軸頸的圓度和圓柱度誤差超過磨損極限時，應修磨曲軸。

　2、彎曲變形的檢驗

　　如下圖所示。將曲軸的兩端用V型塊支承在檢測平板上;用百分表的觸頭抵在中間主軸頸表面;轉動曲軸一周，百分表上指針的最大與最小讀數(shù)之差，即為中間主軸頸對兩端主軸頸的徑向圓跳動誤差(通常也用指針的最大與最小讀數(shù)差值之半做為直線度誤差或彎曲度值);發(fā)動機曲軸的直線度誤差不大于0.03mm，否則進行冷壓校正或更換曲軸。

　　曲軸的冷壓校正：曲軸冷壓校正通常在壓力機上進行。

　　將曲軸放在壓力機工作平板的V型塊上;在壓力機的壓桿與曲軸軸頸之間墊以銅皮，防止壓傷曲軸軸頸工作表面;對于鋼制曲軸，壓彎量應為曲軸彎曲量的10~15倍，并保持1.5～2分鐘后再釋放。彎曲變形較大時需多次反復進行，直到符合要求。曲軸校正需進行時效處理，即將曲軸放置10~15天，再重新檢校，或?qū)⒗鋲汉蟮那S加熱至300℃~500℃，保持1～1.5h;對于球墨鑄鐵曲軸，壓校變形量不得大于變形量的10倍。

　3、曲軸軸向間隙的檢測

　　將曲軸撬向一端，用塞尺檢查第三道主軸承的軸向間隙(配合間隙)，新的軸承軸向間隙為 0.07 ～ 0.17mm , 磨損極限值為 0.25mm 。軸向間隙超過極限值時，應更換第三道主軸承兩側的半圓止推環(huán)。

　4、曲軸徑向間隙的檢測

　　已裝好的發(fā)動機可用塑料間隙測量片檢查徑向間隙。

　　如下圖所示。拆下曲軸主軸承蓋，使用百分表測量徑向間隙。新軸承徑向間隙應為0.03～0.08mm ，磨損極限值為 0.17mm 。超過磨損極限時，應對相應軸承進行更換。

　5、注意事項

　　(1)曲軸軸頸表面不允許有橫向裂紋，可采用探傷法，如下圖所示。對橫向裂紋，其深度如在軸頸修理尺寸以內(nèi)，可通過磨削磨掉，否則應予以報廢。

　　(2)發(fā)動機曲軸圓度、圓柱度誤差大于0.025mm時，應按修理尺寸磨修。

　　(3)發(fā)動機曲軸軸頸修理分為三級修理尺寸，每0.25mm為一級。

　　(4)曲軸的材質(zhì)不同，冷壓校正時操作要求不同，注意防止曲軸折斷或出現(xiàn)新的裂紋。

　　(5)注意區(qū)分軸頸徑向圓跳動誤差、曲軸軸線的直線度誤差及彎曲度等指標之間的關系。

　　(6)測量曲軸軸頸尺寸及圓度、圓柱度誤差時，應與油孔錯開。

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